哪些工程塑料可以做成齒輪？PEEK、PC、POM等工程塑料成型齒輪加工知識(shí)

工程聚合物是一種特殊的、高性能的合成塑料，具有優(yōu)良的綜合性能，剛性大，蠕變小，力學(xué)強(qiáng)度高，耐熱性好，電絕緣性好，可在環(huán)境苛刻的場(chǎng)合下長(zhǎng)期使用。設(shè)計(jì)得當(dāng)可以被塑造成機(jī)械功能強(qiáng)的半精密部件或結(jié)構(gòu)部件，并為替代金屬齒輪實(shí)現(xiàn)“ 以塑代鋼”提供可能。工程塑料又可以細(xì)分分為通用工程塑料和特種工程塑料 2 類，其中可以成型齒輪的工程塑料有聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚甲醛(POM)、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物(ABS)和熱塑性彈性體、聚酰亞胺(PI)、聚苯硫醚(PPS)、聚酯(PBT)、聚醚醚酮(PEEK)和液晶聚合物(LCP)等。

　　聚酰胺(PA)齒輪

　　聚酰胺(PA)材料具有熱塑性材料的硬度，有良好的抗沖擊性能和沖擊韌性。某些情況下比金屬性能更好，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于齒輪、凸輪和軸承的制作。但是它的熱變形溫度相對(duì)較低;制品在放置后有較大的吸水性，產(chǎn)生的殘余應(yīng)力會(huì)造成制品表面缺陷，改變表面的厚度，使屈服強(qiáng)度增大，韌性降低;使用過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生蠕變性。因此，為提升 PA 的性能，可進(jìn)行共混改性來(lái)得到不同性能的共聚 PA。

　　PA 齒輪在結(jié)晶度方面，屬于半結(jié)晶材料，可實(shí)現(xiàn)從固體到熔體的急劇轉(zhuǎn)變。PA 在注塑成型時(shí)會(huì)受到結(jié)晶度的影響，通過(guò)對(duì)注塑成型 PA66 齒輪的研究發(fā)現(xiàn)，注塑過(guò)程中模具溫度對(duì)制品的結(jié)晶度影響較大，球結(jié)晶在結(jié)晶過(guò)程中會(huì)有大小的變化，甚至最終導(dǎo)致制品的缺陷。在不同注射參數(shù)下，使用 PA66 材料的圓盤進(jìn)行磨損機(jī)制研究，改變模具溫度可以獲得不同的微觀球晶結(jié)構(gòu)，球晶隨壁面溫度升高而變大。因此，為得到合適的制品，需要通過(guò)機(jī)加工方式來(lái)改善齒輪表面形貌。測(cè)試過(guò)程中，不同滑移率下，齒輪表面結(jié)晶處會(huì)產(chǎn)生不同程度的重結(jié)晶，并隨著時(shí)間而增加。

　　PA 齒輪具有良好的潤(rùn)滑性，但在高負(fù)載情況下，齒輪的壽命會(huì)縮短、失效會(huì)增多。因此，僅憑借 PA 齒輪自身潤(rùn)滑性是不夠的。為減少齒輪間的嚙合磨損，Tav?ar 等研究發(fā)現(xiàn)，以聚四氟乙烯 (PTFE)作為潤(rùn)滑劑會(huì)顯著降低嚙合摩擦系數(shù)，將 PTFE 添加到 PA 后，觀察到摩擦明顯減少，并實(shí)現(xiàn)60%以上的摩擦系數(shù)降低和 41%的工作溫度降低，可在提高壽命的同時(shí)獲得更大的扭矩動(dòng)力，而在 PTFE與聚甲醛的結(jié)合應(yīng)用中，卻發(fā)現(xiàn)其不能顯著提高齒輪的摩擦學(xué)性能。

　　聚甲醛 (POM) 齒輪

　　隨著塑料齒輪的應(yīng)用越來(lái)越多，應(yīng)用要求已經(jīng)從齒輪精度轉(zhuǎn)向承載性能。聚甲醛(POM)材料良好的力學(xué)性能，可以集精度和承載為一身應(yīng)用到齒輪的注塑成型。作為高結(jié)晶的線型聚合物，它是耐熱塑膠的典范。通過(guò)注塑成型，POM 材料可以制成堅(jiān)硬致密的抗疲勞、抗磨損齒輪，具有沖擊性好，摩擦系數(shù)小，自潤(rùn)滑性能好的優(yōu)勢(shì)，因此，POM 是聚合物齒輪的首選工程材料。其缺點(diǎn)是成型制品時(shí)有收縮的趨勢(shì)，并且容易產(chǎn)生缺陷。

　　在 POM 齒輪的成型工藝條件方面，注塑過(guò)程中的注射速度、模具溫度、鎖模壓力和冷卻時(shí)間對(duì) POM 齒輪的注塑成型有著重要的影響。 POM 齒輪的成型質(zhì)量和加工收縮率的變化有很大的影響，并會(huì)反映在結(jié)晶度上。注射速度、模具溫度和冷卻時(shí)間都會(huì)對(duì) POM 制品的結(jié)晶產(chǎn)生影響，造成的制品缺陷和結(jié)晶行為會(huì)影響齒輪的力學(xué)性能，因此，良好的工藝組合可提高 POM 齒輪成型質(zhì)量。

　　在 POM 齒輪的磨損失效方面，齒輪磨損會(huì)影響到齒輪的壽命，磨損與齒輪間的磨損系數(shù)有著緊密的聯(lián)系，但磨損系數(shù)的評(píng)估的影響因素有很多需綜合考慮。不同材料的齒輪的磨損機(jī)制不同，為探究不同材料齒輪嚙合過(guò)程中的磨損機(jī)制， POM 直齒輪與鋼齒輪副嚙合時(shí)的磨損機(jī)制，較軟的聚合物必然是材料磨損的一方。涂片的作用是檢測(cè)齒輪間產(chǎn)生的扭矩，即產(chǎn)生的扭矩超過(guò)其彈性極限便會(huì)發(fā)生**變形，從而獲得磨損機(jī)制特征，提出基于聚合物非線性特性的迭代模型來(lái)描述 POM 齒輪的磨損機(jī)制，該模型可以獲得每個(gè)負(fù)載下的**和塑性變形。此外，通過(guò)磨損預(yù)測(cè)模型來(lái)確定磨損過(guò)程中的去除材料量。

　　聚碳酸酯(PC)齒輪

　　聚碳酸酯(PC)材料屬于無(wú)色的玻璃態(tài)無(wú)定型聚合物，具有高沖擊強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性好、蠕變小和良好的加工成型性能等優(yōu)點(diǎn)。但是在較高溫度的影響下 PC 易發(fā)生老化，因此在較高溫度下使用此種材料需要對(duì)制品表面進(jìn)行保護(hù)，進(jìn)而延長(zhǎng) PC 的使用壽命。PC 制成的齒輪，由于材料無(wú)色透明，齒輪外觀會(huì)十分精美，并且可安裝在精密儀器儀表中，進(jìn)行齒輪傳動(dòng)或者作為工藝裝飾品，但其制成的齒輪會(huì)存在徑向的齒形變，對(duì)于此種缺陷，需要進(jìn)行精確地齒輪模擬仿真才可獲得。實(shí)際中要對(duì) PC 材料的齒輪進(jìn)行表面處理，以減少齒面磨損。

　　聚醚醚酮(PEEK)齒輪

　　由于對(duì)聚合物齒輪的要求越來(lái)越高，就需要使用工程塑料達(dá)到齒輪工況要求，聚醚醚酮(PEEK)具有優(yōu)異的力學(xué)、化學(xué)和熱性能，比其他特種工程塑料更有優(yōu)勢(shì)。高溫下的 PEEK 材料拉伸強(qiáng)度和彎曲模量依舊很高，并表現(xiàn)出可靠的耐蠕變和抗疲勞的性能，可以長(zhǎng)期在 200 ℃的高溫下使用。PEEK 齒輪也可在較大負(fù)載條件下實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳輸，是當(dāng)今模塑齒輪中的**工程材料。

　　聚苯硫醚齒輪

　　聚苯硫醚(PPS)具有硬度高，尺寸穩(wěn)定性好，耐疲勞和耐化學(xué)性能的優(yōu)點(diǎn)， 是高溫、腐蝕性環(huán)境中齒輪的首選材料，現(xiàn)在 PPS 齒輪已應(yīng)用到汽車、特殊流體泵等苛刻的工作條件 下。PPS 可以與其他聚合物相互結(jié)合，從而達(dá)到良好的力學(xué)和摩擦性能，齒輪的磨損和傳動(dòng)性能也可得到提升。將聚四氟乙烯(PTFE)加入到 PA66/PPS 共混物中，發(fā)現(xiàn)共混物的力學(xué)性能下降，耐磨性卻有很大的提高。Kim 等研究發(fā)現(xiàn)，在 PPS 中加入乙烯丙烯酸丁酯(EBA)混合物，在齒輪接觸表面 PPS 少的條件下，摩擦系數(shù)會(huì)隨著 EBA 的含量增加而降低，磨損機(jī)制從黏附磨損模式轉(zhuǎn)變?yōu)槟チ夏p模式，從而提高齒輪的壽命。

　　沙特-SABIC Lexan PC、杜邦 Delrin聚甲醛(POM)、索爾維Ryton聚苯硫醚(PPS)、瑞士-EMS Grilon PA6/66、威格斯 VICTREX PEEK等原料供應(yīng)商?hào)|莞市昊恩塑膠貿(mào)易有限公司提供從材料鑒定、模具設(shè)計(jì)、成型加工等系列幫助，亦可為客戶量身定制各特殊性能的材料，幫助客戶提高產(chǎn)品竟?fàn)幜Α?/span>